覆盖措施对冬小麦产量及水分利用效率的影响

张 广 久

(河南省新乡市原阳县水利水电建筑安装有限公司，河南 新乡 453500)

有收无收在于水，收多收少在于肥。大量试验研究和生产实践表明，由于自然降水不足或因自然降水分布与作物需水不同步，在很大程度上制约了作物的优质高产，特别是在无灌溉条件的雨养农业区，干旱是造成冬小麦减产的主要气候灾害[1]，如何高效利于自然降水已成为旱区农业研究的热点问题之一。国内外学者先后从耕作措施[2]、覆盖措施[3]以及灌溉管理[4]等方面开展了大量研究，取得了丰硕成果，但这些研究大多集中于休闲期的雨水储蓄[5]、生育期内的水分高效利用[6]以及保护性耕作条件下的水肥高效利用[7]，而有关雨养农业区旱地休闲期雨水资源化及生育期内雨水高效利用的综合研究还鲜有报道，为此，笔者在众多学者已有研究基础上，开展了全年不同覆盖措施的田间试验，重点研究无灌溉条件下，覆盖措施对休闲期农田作物根区贮存自然降水以及冬小麦生育期内对自然降水及农田土壤贮水的利用过程的影响规律。以期为当地冬小麦优质高产及自然降水高效利用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2010年6月-2012年6月在河南省新乡市原阳县韩董庄灌区进行。试验区属季风气候区，光热资源丰富，多年平均日照时数2 398.8 h，无霜期210 d，多年平均气温14.1 ℃；多年平均降雨量为582 mm，降雨主要集中于7-9月(占全年总降水的65%～75%)；多年平均蒸发量2 000 mm。试验地土质为褐土类壤土，0～200 cm土层平均土壤干体积密度为1.36 g/cm3，田间持水率32.46%(体积含水率)，地下水埋深大于8 m。

田间试验设置地膜覆盖FM、秸秆覆盖SM和不覆盖CK 3个处理。各处理重复3次，共9小区(小区长和宽分别为30和3 m)，处理之间设有3 m宽的保护区，试验区总面积约1 500 m2。休闲期前茬冬小麦收获后分别于2010年6月15日和2011年6月13日深耕灭茬，FM处理深耕后起垄，垄上覆膜，秸秆均匀覆盖于垄底(覆盖量为2 t/hm2)； SM处理深耕后不起垄，秸秆均匀覆盖于地表(覆盖量为4 t/hm2)；CK处理只深耕不覆盖。冬小麦播种前各处理分别于2010年10月15日和2011年10月8日统一整地、施肥，并于2010年10月16日和2011年10月10日播种，整地施肥后FM处理整小区全膜覆盖，膜间不留缝隙，不重叠，地膜连接处用土覆盖，地膜全幅覆盖后，膜上开孔播种；SM处理和CK处理采用常规条播；播种完成后SM处理按休闲期覆盖模式利用冬小麦秸秆覆盖，秸秆用量为4 t/hm2。各处理播量、施肥、除草、打药等田间农事活动完全相同。为了确保地力均匀，前茬冬小麦收获后，各处理秸秆全部移出，深耕后按试验要求将FM处理和SM处理的秸秆覆盖于试验田；播前各处理整地时，先将FM和SM处理地表的所有覆盖物包括CK处理地表的杂草全部清理干净后，进行旋地，随后按试验要求播种覆盖。所有处理均为雨养种植，试验期间所有处理均不灌水。

1.2 观测项目

(1)土壤含水率。试验期间采用烘干法分层(每20 cm)测定地表0～200 cm深度的土壤含水率。休闲期(6月中旬至10月中旬)每30 d测定1次，冬小麦生育期内(10月中旬至翌年6月中旬)分别在播种、越冬、返青、抽穗、灌浆以及成熟收获等生育关键期利用土钻采样，烘干法测定农田墒情，其中，FM处理的取样点选垄上和垄底2个位置；CK和SM处理取样点选在小区中间，各处理重复3次。

(2)产量构成。收获期各小区分别选具有代表性的植株进行考种，通过群体密度、单株穗粒数、千粒重指标计算不同处理的理论产量。

(3)水分利用效率WUE。收获期分小区单打单收，以实际产量折合成公顷产量。利用公式(1)计算不同处理的水分利用效率。

WUE=Y/M

(1)

式中：WUE为作物水分利用效率，kg/m3；Y为实测产量，kg/hm2；M为农田耗水量，m3/hm2。

1.3 数据分析

用Excel 2016进行数据整理分析计算，利用SPSS软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 试验期的气象条件

根据气象站试验数据利用P-M公式计算试验期间的潜在蒸散量，通过对计算结果及降雨量的整理分析发现(见图1)试验区内降水主要集中在休闲期的6月份到10月份，在冬小麦生长的10月份到6月份降水量较少，进一步分析发现，2010-2011年休闲期累计降水533.1 mm，冬小麦生长季累计降水96.1 mm；2011-2012年休闲期累计降水366.8 mm，冬小麦生长季累计降水178.3 mm。试验期间2个生长季的累积潜在蒸发量分别为1 192.83和1 050.07 mm。

图1 试验期间的ET0及降水情况

2.2 覆盖措施对播前土壤含水率的影响

前茬冬小麦收获后，根据试验要求清理地表残茬。利用深耕机对试验田进行深翻后，地膜覆盖处理FM起垄覆膜，垄的高度和宽度分别为15和40 cm，垄上覆膜，垄底覆盖收获时预存的冬小麦秸秆；秸秆覆盖处理SM深翻后直接按试验要求将秸秆均匀覆盖在地表；对照处理CK深翻后不做处理。

根据休闲期农田墒情监测发现，随着降水量的增多，各处理的根系层土壤含水率均有不同程度增加，播前试验数据分析结果(见图2)表明，FM处理各层的土壤含水率均明显高于SM处理和CK处理。与对照CK处理相比，FM处理0～100 cm各层的土壤质量含水率增加了1.9%～4.4%(2010-2011年)和3.7%～4.9%(2011-2012年)；100～200 cm各层的土壤质量含水率增加了5.3%～5.8%(2010-2011年)和5.5%～6.2%(2011-2012年)。SM也取得了类似的结果，但增加量较小。从图2还可以看出，2010-2011年休闲期降水丰沛(533.1 mm)，处理之间的差异较小，而2011-2012年休闲期降水较少(366.8 mm)，FM处理，地膜覆盖最大限度的收集了自然降水，不同程度地补充了农田深层土壤水分，加上地膜和秸秆覆盖有效阻止了土壤水分的蒸发，保墒贮水的效果更明显。

图2 播前不同处理0～200 cm土层不同层次土壤含水率

2.3 覆盖措施对生育期内农田土壤水分的影响

图3给出了冬小麦生育期内不同生育时期农田土壤贮水量，从图3可以看到，土壤贮水量前期较高，但随着冬小麦生育进程的推进呈下降趋势，这是由于试验区无灌溉条件，在播种到越冬期，冬小麦植株较少，农田水分消耗主要是棵间蒸发，进入返青后，植株快速生长加之气温的回升增加了农田水分的消耗，虽有一定的降水，但自然降水不能满足冬小麦正常生长对水分需求，从而快速度消耗土壤贮水。但2011-2012年试验期间冬前土壤贮水量明显高于播前土壤贮水量，这主要是由于这段时期气温快速下降，棵间蒸发较小，加之较多的降水(10月11日到11月28日次降水量大于5 mm累积降水量为108.5 mm)进一步补充了农田土壤水分。

图3 冬小麦生育期内不同处理200 cm土壤贮水量

从图3还可以看到，不同阶段不同处理的土壤贮水消耗存在不同程度差异，与CK处理相比，播种～拔节前FM和SM处理的土壤水分消耗分别减少了39.37、19.39 mm(2010-2011年)和27.08、8.43 mm(2011-2012年)；拔节期FM和SM处理的土壤水分消耗分别增加了59.35、31.03 mm(2010-2011年)和45.37、26.01 mm(2011-2012年)；抽穗期FM和SM处理的土壤水分消耗分别增加了27.76、21.00 mm(2010-2011年)和22.00、15.99 mm(2011-2012年)；灌浆成熟期FM和SM处理的土壤水分消耗分别增加了60.80、24.97 mm(2010-2011年)和58.74、23.99 mm(2011-2012年)；全生育期FM和SM处理的土壤水分消耗分别增加了108.54、57.61 mm(2010-2011年)和99.03、77.55 mm(2011-2012年)。进一步说明，在冬小麦需水非关键期，覆盖可以减小棵间无效蒸发，有效保存土壤贮水，在冬小麦生长的需水需肥关键期，由于土壤供水能力较强，植株生长较好，有利于理想经济产量的获得。

2.4 覆盖措施对冬小麦耗水量的影响

试验田无灌溉条件，冬小麦生育期耗水来源于农田土壤水分消耗及自然降水。通过对试验监测数据的分析(见表1)发现，各处理的耗水均呈现由大变小再变大最后变小的趋势。这是由于冬小麦播种后土壤表层含水率较高，棵间蒸发量较大，农田耗水强度较高；进入越冬后，冬小麦停止生长，气温较低农田耗水强度最低；返青后随着气温回升，冬小麦进入营养生长和生殖生长并进阶段，也是冬小麦需水需肥关键期，农田耗水量最大；进入成熟期后随着叶片衰老以及根系死亡，加之农田土壤贮水的减少，农田耗水量逐渐降低。

从表1还可以看到，全生育期以FM处理耗水最多，平均耗水强度最高，CK处理耗水量少，平均耗水强度最低；与对照相比，FM和SM处理的耗水量增加了108.54、57.61 mm(2010-2011年)和99.03、57.55 mm(2011-2012年)，平均耗水强度提高了0.43、0.22 mm/d(2010-2011年)和0.39、0.22 mm/d(2011-2012年)。其中，与CK处理相比，播种～拔节期FM和SM处理的耗水量分别降低了27.89%、13.73%(2010-2011年)和20.68%、6.44%(2011-2012年)；拔节～灌浆FM和SM处理的耗水量分别增加了154.17%、90.07%(2010-2011年)和71.94%、44.85%(2011-2012年)；灌浆成熟期FM和SM处理的耗水量分别增加了132.48%、54.41%(2010-2011年)和114.48%、46.76%(2011-2012年)。这是因为，拔节前冬小麦植株较小，棵间蒸发是农田耗水的重要组成部分，地膜覆盖和秸秆覆盖均有效降低了农田棵间蒸发；进入拔节期以后，冬小麦快速生长，冠层完全覆盖地面，棵间蒸发在农田耗水中所占的比重快速度下降，但由于地膜覆盖的增温提墒作用，有效促进了冬小麦根系及地上部分的快速生长(2012年抽穗期调查结果表明，与CK处理相比，FM和SM处理地上部生物量分别增加了19.21%和11.06%)，植株蒸腾耗水较高。

表1 冬小麦生育期内耗水量及耗水来源 mm

2.5 覆盖措施对冬小麦产量及WUE的影响

收获考种结果(见表2)表明，FM和SM处理均能有效提高有效穗数、穗粒数及粒籽产量。与CK处理相比，FM和SM处理有效穗数分别提高了2.24%～4.86%(2010-2011年)和5.16%～9.77%(2011-2012年)；穗粒数分别提高了10.95%～13.57%(2010-2011年)和5.77%～6.25%(2011-2012年)；千粒重分别提高了8.49%～9.04%(2010-2011年)和2.29%～3.18%(2011-2012年)；实收籽粒产量分别提高了33.13%～35.10%(2010-2011年)和18.46%～27.88%(2011-2012年)。这是由于抽穗扬花期是冬小麦需水需肥关键期，无覆盖的对照处理土壤水分不足(2011年孕穗期农田墒情监测结果表明，FM、SM和CK处理0～200 cm平均土壤含水率分别为73.16%、69.89%和65.59% FC；而0～100 cm平均土壤含水率分别为79.75%、72.30%和53.10% FC)，限制了冬小麦对水分和养分的吸收利用，最终影响了收获时穗粒数；由于无灌溉补充，FM处理在地膜增温提墒的作用下，利用了0～200 cm深层土壤的水分[成熟期水分监测结果表明，FM、SM和CK处理0～200 cm平均土壤含水率分别为49.75%、50.18%、48.62% FC(2010-2011年)和47.72%、45.17%、41.82%(2011-2012年)]，保证了冬小麦灌浆期对水分的需求。

表2 不同处理对冬小麦产量及产量构成的影响

从表2还可以看到，水分利用效率和有效降水利用效率也存在一定差异，其中FM处理对有效降水的利用效率最高，与CK处理相比，FM和SM处理水分利用效率均有不同程度下降，但全年有效降水利用效率提高了33.13%～35.10%(2010-2011年)和18.46%～27.88%(2011-2012年)。说明覆盖措施不但提高了降水的利用效率，而且提高了产量，但在提高产量的同时并没有降低植株耗水，只是减少了无效的棵间蒸发。

3 结 语

休闲期地膜+秸秆覆盖或秸秆覆盖均能有效增加农田土壤对休闲期自然降水的贮存，进而提高播前土壤贮水量，不仅有利于冬小麦的适墒适时播种，同时有效的土壤贮水有利于后期冬小麦的高产稳产；生育期内地膜覆盖可以促进冬小麦植株生长，为理想籽粒产量的获得提供了保障，试验结果表明，与对照处理相比籽粒产量提高33.13%～35.10%，降水利用效率提高了0.30～0.35 kg/m3；秸秆覆盖增产幅度(18.46%～27.88%)较小，但有效降水利用效率也增加了0.17～0.28 kg/m3。

综合考虑产量和自然降水利用效率，本试验条件下，休闲期垄上覆膜+沟底覆盖秸秆，生育期内地膜覆盖平作穴播的栽培管理模式，在提高籽粒产量的同时，提高了自然降水的利用效率，可以作为当地雨养农业的生产技术模式。

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